CANXL協(xié)議解讀系列 | (2)一文讀懂ISO 11898-2：2024 CANXL物理層

2024年3月22日， ISO 推出11898-2：2024版本，標(biāo)志著CAN總線收發(fā)器的最高速率由CANFD行業(yè)認可的8Mbit/s提速到最高20Mbit/s（2024年5月24日ISO 11898-1 2024已發(fā)表）。20Mbit/s的傳輸帶寬不僅填補了CAN與Ethernet之間速率差距，2048Byte的payload和實時性的保留也給CAN網(wǎng)絡(luò)本身帶來更大的設(shè)計開發(fā)空間。英飛凌、ST、Vector和NXP等廠商目前已推出CAN SIC XL收發(fā)器的樣片，比如NXP的”Albi”收發(fā)器，大大推進了CAN XL技術(shù)的行業(yè)落地。

CANXL 收發(fā)器

CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作為CAN通信技術(shù)的最新進展，在PCS和PMA子層中增加了PWM編/解碼機制，用以在高速數(shù)據(jù)傳輸時切換PMA子層的總線驅(qū)動方式由顯性/隱性變?yōu)閘evel_0/level_1以達到20Mbit/s的傳輸速率。并且，Kavser在底斯律通過NXP的CAN SIC XL收發(fā)器已驗證20Mbit/s的速率，并認為CANXL技術(shù)仍有技術(shù)空間到達30Mbit/s。

CAN SIC為目前市面已量產(chǎn)的CAN收發(fā)器，行業(yè)內(nèi)認可在多節(jié)點的總線通信中，最高可支持8Mbit/s。其僅支持顯性/隱性的驅(qū)動方式，即不進行FAST mode的模式轉(zhuǎn)換。

CAN SIC XL目前仍處于“樣片“階段，最高速率為20Mbit/s。支持顯性/隱性和level_0/level_1兩種總線驅(qū)動方式，數(shù)據(jù)段可通過模式轉(zhuǎn)換進入FAST Mode（level_0/level_1）并達到20Mbit/s的傳輸速率。

• CAN XL Controller + CAN SIC

作為CAN SIC XL的過度方案，CAN XL Controller + CAN SIC方案無需在目前的硬件進行更新，即可延用目前CAN FD的SIC收發(fā)器進行CAN XL數(shù)據(jù)的傳輸。在應(yīng)用場景上，智駕域數(shù)據(jù)（比如毫米波雷達多個點位數(shù)據(jù)）可通過CAN XL 2048Byte的數(shù)據(jù)場整幀傳輸，有效彌補CAN FD 64Byte的限制，減少中央處理器的處理壓力。（注：此方案需要對CAN SIC驅(qū)動進行適應(yīng)性處理）

• CAN XL Controller + CAN SIC XL

CAN XL Controller + CAN SIC XL方案作為CAN XL技術(shù)的標(biāo)準方案，硬件要求上需要CAN收發(fā)器支持SIC mode和FAST mode的模式轉(zhuǎn)換功能，即支持顯性/隱性和level_0/level_1兩種總線驅(qū)動方式以達到20Mbit/s的傳輸速率。應(yīng)用場景上，CAN XL Controller + CAN SIC XL方案可滿足CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟛⑶铱梢詮浹aCAN與Ethernet之間的速率差距。除此之外，該方案也給CAN與Ethernet之間的數(shù)據(jù)交互帶來更大的便捷性。

CAN XL電氣屬性

如前文所述，CAN XL支持兩種總線驅(qū)動方式，即顯性/隱性的總線驅(qū)動方式和level_0/level_1的總線驅(qū)動方式，兩種總線驅(qū)動方式總線上的電氣屬性是有所差異的。顯性/隱性的驅(qū)動方式的電氣屬于與CAN FD一致（NRZ編碼）并且可以兼容。level_0/level_1的總線驅(qū)動方式不再采用NRZ。

• SIC mode（顯性/隱性）

11898-2：2024中聲明，SIC mode下總線Biasing active狀態(tài)下隱性信號的電平識別區(qū)間為-3V到+0.5V之間。顯性信號的電平識別區(qū)間為+0.9V到+8V之間。

SIC mode下總線Biasing inactive狀態(tài)下隱性信號的電平識別區(qū)間為-3V到+0.4V之間。顯性信號的電平識別區(qū)間為+1.15V到+8V之間。

• FAST mode（level_0/level_1）

11898-2：2024中聲明，F(xiàn)AST mode下level_0信號的電平識別區(qū)間為+0.1V到8V之間。level_1信號的電平識別區(qū)間為-8V到-0.1V之間。

CAN XL模式轉(zhuǎn)換

• SIC mode to FAST mode

resXL和ADH字段之間會進行模式轉(zhuǎn)換，由SIC mode模式轉(zhuǎn)換為FAST mode模式并啟用PWM編碼。其中，ADH字段的前兩個PWM信號為logical0以保證模式轉(zhuǎn)換的過程中信號不發(fā)生跳變。當(dāng)模式轉(zhuǎn)換完成后，ADH字段的PWM信號為logical1代表ADH位為level_1。

• FAST mode to SIC mode

FCP0和DAH字段之間會進行模式轉(zhuǎn)換，由FAST mode模式轉(zhuǎn)換為SIC mode模式并停止使用PWM編碼。

CANXL應(yīng)用場景

• CANFD & CANXL 混合網(wǎng)絡(luò)

CAN XL和CAN FD節(jié)點都使用CAN SIC收發(fā)器進行通信，傳輸速率最高為8Mbit/s。當(dāng)CANXL節(jié)點進行通信時，CAN FD節(jié)點進入靜默狀態(tài)。

• CANXL 低速網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)中都為CAN XL 節(jié)點并且使用CAN SIC收發(fā)器進行通信，傳輸速率最高為8Mbit/s。當(dāng)CANXL節(jié)點以較低速率進行大數(shù)據(jù)傳輸。該方案可作為CAN SIC XL量產(chǎn)前的替代方案或低成本方案。

• CANXL 高速網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)中都為CAN XL 節(jié)點并且使用CAN SIC XL收發(fā)器進行通信，傳輸速率最高為20Mbit/s。

總結(jié)

總的來說，伴隨著ISO 11898-2：2024版本的更新，第三代CAN總線通信CAN XL技術(shù)迎來了它的序幕。CAN XL在保持CAN總線低延時和高可靠性等優(yōu)勢下，更進一步將帶寬提升到了20Mbit/s。除此之外，CANXL的2048 Byte的數(shù)據(jù)端也為大數(shù)據(jù)傳輸和Ethernet交互需求提供了更多的便捷。

2024年5月24日，ISO 11898-1第三版發(fā)表并作為新一代CAN總線通信的國際標(biāo)準。CAN SIC XL收發(fā)器也即將量產(chǎn)投入到新一代車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中。屆時，期待CAN XL將作為車載網(wǎng)絡(luò)的新星，給汽車行業(yè)注入新的動力和活力。

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